KR20150104575A - Systems and methods for thermally managing high-temperature processes on temperature sensitive substrates - Google Patents

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KR20150104575A
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Korean (ko)
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로렌스 엠. 우즈
로자인 리베린
조셉 에이치. 암스트롱
Original Assignee
어센트 솔라 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

반대편의 전방 및 후방 외측 표면들을 갖는 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법은 하기의 단계들을 포함한다: (a) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면의 온도가 가요성 폴리이미드 기판의 후방 외측 표면의 온도보다 높도록, 가요성 폴리이미드 기판을 가열하는 단계; 및 (b) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하는 단계. 이 방법을 실행하기 위한 증착 구역은 (a) 기판의 제1 외측 표면 상에 하나 이상의 금속 재료들을 증착하도록 구성된 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들; 및 (b) 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들을 포함한다.A method for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate having opposing front and rear outer surfaces comprises the steps of: (a) heating the front outer surface of the flexible polyimide substrate to a flexible Heating the flexible polyimide substrate to a temperature higher than the temperature of the rear outer surface of the polyimide substrate; And (b) depositing one or more thin film layers on the front outer surface of the flexible polyimide substrate. The deposition zone for performing the method comprises: (a) one or more physical vapor deposition sources configured to deposit one or more metal materials on a first outer surface of the substrate; And (b) one or more radiation zone boundary heaters.

Description

온도 민감성 기판 상에서의 고온 공정을 열적으로 관리하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR THERMALLY MANAGING HIGH-TEMPERATURE PROCESSES ON TEMPERATURE SENSITIVE SUBSTRATES}Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system and method for thermally managing a high-temperature process on a temperature-sensitive substrate,

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본 출원은 2013년 1월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/750,709호에 대한 우선권의 이익을 주장하는, 2014년 1월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/150,376호의 계속출원이다. 전술된 출원들 각각은 본 명세서에 참고로 포함된다.This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 150,376, filed January 8, 2014, which claims the benefit of priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 750,709, filed January 9, . Each of the foregoing applications is incorporated herein by reference.

광기전 소자(photovoltaic device)들은 입사광에 응답하여 전류를 발생시킨다. 오늘날 흔히 사용되는 광기전 소자들의 한 부류는 결정질 규소 태양광 흡수제 층들에 기초한다. 결정질 규소 광기전 소자들은, 예를 들어 두꺼운 규소 웨이퍼들을 포함한다. 이들 웨이퍼는 취성이고, 손상 위험 없이는 구부러질 수 없으며, 따라서 웨이퍼들은 대면적 강성 유리 기판과 같은 강성 기판 상에 배치되어야 한다. 결정질 규소 광기전 소자들이 상대적으로 높은 효율을 달성할 수 있지만, 이들은 전형적으로 고가이고 무겁다. 부가적으로, 이들의 비가요성(inflexibility)은 비-평면 응용들, 또는 굽힘에 처해지는 응용들에서의 사용을 금지시키다. 또한, 이들의 중량은 일부 옥상 응용들을 금지시킨다.Photovoltaic devices generate current in response to incident light. One class of photovoltaic devices commonly used today is based on crystalline silicon solar absorber layers. Crystalline silicon photovoltaic devices include, for example, thick silicon wafers. These wafers are brittle and can not bend without risk of damage, so the wafers must be placed on a rigid substrate such as a large area rigid glass substrate. Although crystalline silicon photovoltaic devices can achieve relatively high efficiencies, they are typically expensive and heavy. In addition, their inflexibility prohibits their use in non-planar applications, or in applications where they are subjected to bending. Also, their weight inhibits some rooftop applications.

따라서, 결정질 규소 광기전 소자보다 잠재적으로 더 얇고, 더 가볍고, 더 저렴한 "박막(thin-film)" 광기전 소자의 개발에 큰 관심이 있다. 부가적으로, 박막 광기전 소자는 전형적으로 적어도 어느 정도의 휘어짐을 견딜 것이고, 이는 잠재적으로는 가요성 기판의 사용을 허용하여, 광기전 소자가 가요성이게 한다. 가요성 광기전 소자는 유리하게는 비-평면 표면에 따를 수 있고/있거나 굽힘 휘어짐에 처해지는 응용들에서 사용될 수 있다.Therefore, there is great interest in the development of "thin-film" photovoltaic devices that are potentially thinner, lighter, and less expensive than crystalline silicon photovoltaic devices. In addition, the thin film photovoltaic device will typically withstand at least some degree of warping, which potentially allows the use of a flexible substrate, making the photovoltaic device flexible. Flexible photovoltaic devices can advantageously be used in applications that can follow a non-planar surface and / or are subject to bending warpage.

도 1은 기판(104) 상에 배치되는 박막 스택(stack)(102)을 포함하는 종래의 박막 광기전 소자(100)의 단면도를 도시한다. 광기전 스택(102)은 기판(104)의 제1 또는 전방 외측 표면(108) 상에 배치되는, 몰리브덴 층과 같은 제1 전기 접촉 층(106)을 포함한다. 태양광 흡수제 층(110)은 제1 전기 접촉 층(106) 상에 배치되고, 이종접합 파트너 층(heterojunction partner layer)(112)이 태양광 흡수제 층(110) 상에 배치된다. 전도성 산화물 층과 같은 제2 전기 접촉 층(114)이 전형적으로 이종접합 파트너 층(112) 상에 배치된다. 태양광 흡수제 층(110) 및 이종접합 파트너 층(112)은 집합적으로 P-N 광기전 접합부를 형성하고, 이는 입사광에 응답하여 전류를 발생시킨다. 제1 및 제2 전기 접촉 층(106, 114)들은 광기전 접합부에 대한 전기적 인터페이스를 제공한다. 가능한 태양광 흡수제 층 재료의 일부 예들에는 구리-인듐-다이셀레나이드(CIS)와 같은 셀레늄계 칼코게나이드(chalcogenide), 또는 이들의 합금이 포함된다. CIS 합금의 일부 예들에는 구리-인듐-갈륨-다이셀레나이드(CIGS), 은-구리-인듐-갈륨-다이셀레나이드(AgCIGS), 및 구리-인듐-갈륨-알루미늄-다이셀레나이드(CIGAS)가 포함된다. 태양광 흡수제 내의 셀레늄을 황 또는 텔루륨과 같은 다른 VI족 원소들로 대체하거나 이들과 합금을 이루는 것이 또한 소정 응용들에서는 관심을 끌만하다. 가능한 이종접합 파트너 층 재료의 일부 예들에는 황화카드뮴, 금속 산화물, 또는 이들의 합금들이 포함된다. 버퍼 층들 및/또는 응력 제거(stress relief) 층들과 같은 추가 층들이 종종 광기전 소자(100)에 부가된다. 예를 들어, 몰리브덴 층(118)과 같은 금속 층이 때때로 기판(104)의 후방 외측 표면(116) 상에 배치되어, 응력 제거를 제공하고 정전기를 소산시킨다.FIG. 1 shows a cross-sectional view of a conventional thin film photovoltaic device 100 including a thin film stack 102 disposed on a substrate 104. The photovoltaic stack 102 includes a first electrical contact layer 106, such as a molybdenum layer, disposed on the first or front outer surface 108 of the substrate 104. A solar absorbing layer 110 is disposed on the first electrical contact layer 106 and a heterojunction partner layer 112 is disposed on the solar absorbing layer 110. A second electrical contact layer 114, such as a conductive oxide layer, is typically disposed on the heterojunction partner layer 112. The solar absorbing layer 110 and the heterojunction partner layer 112 collectively form a P-N photoconductive junction, which generates a current in response to incident light. The first and second electrical contact layers 106 and 114 provide an electrical interface to the photovoltaic junction. Some examples of possible solar absorber layer materials include selenium-based chalcogenide, such as copper-indium-di-selenide (CIS), or alloys thereof. Some examples of CIS alloys include copper-indium-gallium-di-selenide (CIGS), silver-copper-indium-gallium-di-selenide (AgCIGS), and copper- indium- . It is also of interest in certain applications to replace selenium in solar absorbers with other VI group elements such as sulfur or tellurium or to alloy them. Some examples of possible heterojunction partner layer materials include cadmium sulfide, metal oxides, or alloys thereof. Additional layers such as buffer layers and / or stress relief layers are often added to the photovoltaic device 100. For example, a metal layer, such as a molybdenum layer 118, is sometimes disposed on the rear outer surface 116 of the substrate 104 to provide stress relief and dissipate static electricity.

많은 광기전 소자들은 일정 응용의 전압 및/또는 전류 요건들을 충족하도록 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 결합되는 복수의 광전지(photovoltaic cell)들을 포함한다. 종종, 복수의 광전지들이 공통 기판 상에 모놀리식으로 집적되는(monolithically integrated) 것이 바람직하다. 모놀리식 집적은 소자 설계 동안에 소자 출력 전압 및 출력 전류 정격의 주문 제작을 가능하게 함으로써, 소자가 소자의 의도된 응용에 맞춤되게 할 수 있다. 부가적으로, 모놀리식 집적은, 비-모놀리식으로 집적된 광기전 소자들에 비해, 인접한 광전지들 사이의 피치(pitch)를 감소시키는 것에 의해, 또한 인접한 전지들을 접속하기 위한 개별 버스 바(bus bar)들의 사용을 감소시키거나 없애는 것에 의해, 작은 소자 크기 및 보기 좋은 심미적 특성들을 조장한다.Many photovoltaic devices include a plurality of photovoltaic cells that are electrically coupled in series and / or in parallel to meet voltage and / or current requirements of a given application. Often, it is desirable that a plurality of photovoltaic cells are monolithically integrated on a common substrate. Monolithic integration enables the customization of device output voltage and output current rating during device design, allowing the device to be tailored to the intended application of the device. In addition, monolithic integration can be achieved by reducing the pitch between adjacent photovoltaic cells as compared to non-monolithically integrated photovoltaic devices, and by reducing the pitch between adjacent photovoltaic cells, By reducing or eliminating the use of bus bars, it promotes small device size and good aesthetic characteristics.

하지만, 모놀리식 집적은 기판(104)의 외측 표면(108)(도 1)과 같은 소자 기판의 외측 표면이 유전성(dielectric)일 것을 요구한다. 구체적으로, 표면은 때때로 "P1" 스크라이브(scribe)로 지칭되는 전지 격리 스크라이브(cell isolation scribe)들에 의해 인접한 광전지들의 전기적 분리를 허용하도록 유전성이어야 한다. 대신에 기판 외측 표면이 전도성인 경우, 또는 P1 스크라이브가 표면 유전체를 관통하여 전도성 기판에 이르게 되는 경우, 인접한 광전지들은 함께 전기적으로 단락됨으로써, P1 스크라이브들을 효력이 없게 할 것이다. 전기 격리 스크라이브들의 사용을 포함한 모놀리식 집적 기술의 일부 예들이, 본 명세서에 참고로 포함된 미스라(Misra)의 미국 특허 출원 공개 제2008/0314439호에 개시되어 있다.However, monolithic integration requires that the outer surface of the device substrate, such as the outer surface 108 (FIG. 1) of the substrate 104, be a dielectric. Specifically, the surface must be dielectric to allow electrical isolation of adjacent photovoltaic cells by cell isolation scribes, sometimes referred to as "P1" scribes. Instead, if the substrate outer surface is conductive, or if the P1 scribe passes through the surface dielectric to the conductive substrate, adjacent photovoltaic cells will be electrically shorted together, thereby rendering the P1 scribes ineffective. Some examples of monolithic integration techniques, including the use of electrical isolation scribes, are disclosed in Misra, U.S. Patent Application Publication No. 2008/0314439, which is incorporated herein by reference.

유전성 표면은, 기판에 유전성 코팅을 적용함으로써, 금속 포일(foil)과 같은 전도성의 가요성 기판 상에서 얻어질 수 있다. 그러나, 이러한 절차는 구현하기 어려울 수 있는데, 그 이유는 광전지의 전기적 단락을 방지하기 위해 유전성 코팅이 핀홀(pinhole)과 같은 결함이 없어야 하기 때문이다. 부가적으로, 유전성 코팅은 모놀리식 집적 패턴화 공정 동안뿐만 아니라, 기판 상에서의 박막 증착 동안 손상되기 쉽다.The dielectric surface can be obtained on a conductive flexible substrate, such as a metal foil, by applying a dielectric coating to the substrate. However, this procedure may be difficult to implement because the dielectric coating must be free of defects such as pinholes to prevent electrical shorting of the photovoltaic cell. Additionally, dielectric coatings are susceptible to damage during thin film deposition on substrates as well as during monolithic integrated patterning processes.

대안적으로, 유전성 기판이 모놀리식 집적과 함께 사용될 수 있다. 그러나, 유전성이면서도 박막 층 증착과 연관된 고온 처리를 견딜 수 있는 가요성 기판 재료들이 많지 않다. 하나의 가능한 가요성의 유전성 기판 재료는 가요성 유리이다. 그러나, 가요성 유리 기판들은 여전히 개발 단계에 있으며, 대량 생산 응용들에서의 사용에는 이용가능하지 않다. 다른 가요성의 유전성 기판 재료는 폴리이미드이다. 얇은 폴리이미드 기판들이 널리 이용가능하며, 일부 제형들이 종종 30분 이하 동안과 같은 단기간 동안에 최대 섭씨 450도의 처리 온도를 견딜 수 있다.Alternatively, a dielectric substrate may be used with monolithic integration. However, there are not many flexible substrate materials that are both dielectric and capable of withstanding high temperature processing associated with thin film deposition. One possible flexible dielectric substrate material is flexible glass. However, flexible glass substrates are still in the developmental stage and are not available for use in high volume applications. Another flexible dielectric substrate material is polyimide. Thin polyimide substrates are widely available, and some formulations can withstand treatment temperatures of up to 450 degrees Celsius for a short period of time, often for less than 30 minutes.

도 2는 반대편의 각각의 전방 및 후방 외측 표면(218, 228)들 및 두께(230)를 갖는 가요성 폴리이미드 기판(202) 상에 CIGS 태양광 흡수제 층을 형성하도록 구성되는 종래 기술의 CIGS 증착 구역(200)을 도시한다. 기판(202)에는 전방 외측 표면(218) 상에 전기 접촉 층(도시되지 않음)이 준비되어 있으며, 여기서 접촉 층은 도 1의 층(106)과 유사하다. 도 1의 층(118)과 유사한 응력 제거 층(도시되지 않음)이 후방 외측 표면(228) 상에 선택적으로 배치된다. 증착 구역(200)은 기판(202)의 전방(210)에 후속적으로 배치되는 금속 플럼(plume)(212, 214, 216)들을 각각 방출하는 복수의 공급원(source)들을 포함한다. 이러한 시스템에서, 3개의 공급원(204, 206, 208)들은 기판(202)의 전방 외측 표면(218) 상에 금속 원소들을 배치하는데, 이들 원소에는 전형적으로 구리, 인듐 및 갈륨 중 하나 이상이 포함된다. 셀레늄 매니폴드(220)가 기판(202)의 전방(210)에서 증착 구역(200)에 셀레늄 증기(222)를 제공한다. 기판(202)의 후방(226)에 배치되는 기판 히터(224)들이 기판(202)의 후방 외측 표면(228)에 복사열을 제공한다. 구역 인클로저(zone enclosure) 및 진공 펌프(도시되지 않음)가 증착 구역(200) 내에서 진공을 유지한다. 공급원(204, 206, 208)으로부터 기판(202)의 전방 외측 표면(218) 상으로 방출되는 구리, 인듐, 및 갈륨은 적당한 열역학적 환경이 주어지면 셀레늄 증기(222)의 존재 하에 집합적으로 반응하여 기판의 전방 외측 표면(218) 상에 CIGS 층의 전구체 또는 CIGS 층 전부를 형성한다.Figure 2 illustrates a prior art CIGS deposition configured to form a CIGS solar absorber layer on a flexible polyimide substrate 202 having opposite front and rear outer surfaces 218 and 228 and a thickness 230, Region 200 is shown. The substrate 202 is provided with an electrical contact layer (not shown) on the front outer surface 218, wherein the contact layer is similar to the layer 106 of FIG. A stress relief layer (not shown) similar to layer 118 of FIG. 1 is selectively disposed on the rear outer surface 228. The deposition zone 200 includes a plurality of sources that respectively emit metal plumes 212, 214 and 216 that are subsequently disposed in front of the substrate 202. In this system, the three sources 204, 206, 208 place metal elements on the front outer surface 218 of the substrate 202, which typically include one or more of copper, indium, and gallium . A selenium manifold 220 provides selenium vapor 222 to the deposition zone 200 at the front 210 of the substrate 202. The substrate heaters 224 disposed at the rear 226 of the substrate 202 provide radiant heat to the rear outer surface 228 of the substrate 202. A zone enclosure and a vacuum pump (not shown) maintain a vacuum within the deposition zone 200. Copper, indium, and gallium, which are emitted from the sources 204, 206, 208 onto the front outer surface 218 of the substrate 202 collectively react in the presence of selenium vapor 222, given the proper thermodynamic environment The precursor of the CIGS layer or the entire CIGS layer is formed on the front outer surface 218 of the substrate.

금속 공급원(204, 206, 208)들은 전방 외측 표면(218)에 약간의 열을 제공한다. 또한, 조기 증착 진행 안정성(early deposition run stability)을 향상시키고 원소들이 응결 및 재증발되는 것을 방지하도록 기판(202)의 전방(210)에 추가 히터(도시되지 않음)들이 때때로 배치된다. 존재한다면, 이들 추가 히터는 또한 전방 외측 표면(218)을 다소 가열할 것이다. 그러나, 기판의 후방 외측 표면(228)을 가열하는 기판 히터(224)들은 CIGS 증착을 가능하게 하는 데 필요한 열에너지의 대부분을 제공한다. 기판 히터(224)들은 공급원(204, 206, 208)들에 의해 제공되는 상이한 가열 수준들로 인해, 요구되는 기판(202) 온도를 달성하기 위하여 서로에 대해 상이한 설정점들을 필요로 할 수 있다. 당업계에 알려져 있는 바와 같이, CIS/CIGS 증착은 높은 기판 온도를 필요로 하며, 광기전 소자 효율이 종종 기판 온도에 따른다. 예를 들어, 섭씨 500도를 초과하는 기판 온도는 전형적으로 최고 효율의 CIS/CIGS 광기전 소자를 얻는 데 필요하다. 부가적으로, 공동-증발(co-evaporated) CIGS 공정 동안에, Se 증기 클러스터(evaporant cluster) 크기를 감소시키기 위해, 예를 들어 Se 노(furnace) 또는 크래커(cracker)를 사용함으로써, 박막 증착 동안에 Se 열에너지를 증가시킨다는 잠재적인 이점들을 연구들이 보여주었다. (예를 들어, 문헌[M. Kawamura et al., "Cu(InGa)Se2 thin-film solar cells grown with cracked selenium," Journal of Crystal Growth, vol. 311, January 15, 2009, pp. 753-756] 참조). 강성 유리 기판들이 이들 온도에 대해 내구성을 갖지만, 가요성 폴리이미드 기판들은 상승된 온도에서 열화됨으로써, 폴리이미드 기판들 상에서의 CIS/CIGS 증착 공정들을 제한한다. 부가적으로, 폴리이미드 기판들은 수증기를 매우 흡수하기 쉬운데, 수증기는 후속적으로 CIS/CIGS 제조 동안에 가열될 때 방출될 수 있다. 폴리이미드 기판들이 전기 접촉 층 증착에 앞서 적절하게 탈기되는(degassed) 것을 보장하기 위해 극도의 주의가 취해지지지 않는다면, 기판 가열 동안에 수분이 제1 전기 접촉 층 아래에 포획되어, 잠재적으로는 PV 소자 균열(cracking) 및 블리스터링(blistering)으로 이어질 수 있다. 균열 및 블리스터링은 광기전 소자 성능 및/또는 제조 수율을 현저하게 약화시킬 수 있다.The metal sources 204, 206, 208 provide some heat to the front outer surface 218. In addition, additional heaters (not shown) are sometimes placed in front of the substrate 202 to improve early deposition run stability and prevent elements from condensing and re-evaporating. If present, these additional heaters will also heat the front outer surface 218 somewhat. However, the substrate heaters 224 that heat the rear outer surface 228 of the substrate provide most of the thermal energy needed to enable CIGS deposition. The substrate heaters 224 may require different set points for each other to achieve the required substrate 202 temperature due to the different heating levels provided by the sources 204, 206, 208. As is known in the art, CIS / CIGS deposition requires high substrate temperatures, and photovoltaic efficiency is often dependent on substrate temperature. For example, substrate temperatures in excess of 500 degrees Celsius are typically needed to obtain the highest efficiency CIS / CIGS photovoltaic devices. Additionally, during the co-evaporated CIGS process, Se can be used to reduce the size of the Se vapor clusters, for example by using a Se furnace or a cracker, Studies have shown the potential benefits of increasing thermal energy. (For example, M. Kawamura et al., "Cu (InGa) Se2 thin-film solar cells grown with cracked selenium," Journal of Crystal Growth, vol. 311, January 15, 2009, pp. 753-756 ] Reference). While rigid glass substrates are durable to these temperatures, flexible polyimide substrates deteriorate at elevated temperatures thereby limiting CIS / CIGS deposition processes on polyimide substrates. Additionally, polyimide substrates are highly susceptible to adsorption of water vapor, which may subsequently be released when heated during CIS / CIGS production. If extreme care is not taken to ensure that the polyimide substrates are adequately degassed prior to the deposition of the electrical contact layer, water may be trapped under the first electrical contact layer during substrate heating, cracking and blistering may occur. Cracking and blistering can significantly impair photovoltaic device performance and / or manufacturing yield.

일 실시예에서, 반대편의 전방 및 후방 외측 표면들을 갖는 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법은 하기의 단계들을 포함한다: (a) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면의 온도가 가요성 폴리이미드 기판의 후방 외측 표면의 온도보다 높도록, 가요성 폴리이미드 기판을 가열하는 단계; 및 (b) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하는 단계.In one embodiment, a method for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate having opposed front and rear outer surfaces comprises the steps of: (a) forming a flexible polyimide substrate having a front outer surface Heating the flexible polyimide substrate such that the temperature of the flexible polyimide substrate is higher than the temperature of the rear outer surface of the flexible polyimide substrate; And (b) depositing one or more thin film layers on the front outer surface of the flexible polyimide substrate.

일 실시예에서, 가로(width) × 세로(depth)의 제1 외측 표면을 갖는 기판 상에 재료를 증착하기 위한 증착 구역은 하기를 포함한다: (a) 기판의 제1 외측 표면 상에 하나 이상의 금속 재료들을 증착하도록 구성된 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원(physical vapor deposition source)들; 및 (b) 하나 이상의 복사 구역 경계 히터(radiant zone boundary heater)들. 각각의 복사 구역 경계 히터는 적외 방사선을 방출하도록 구성되는 외측 가열 표면을 포함하고, 적어도 하나의 외측 가열 표면은 90도 미만의 각도만큼 기판의 제1 외측 표면으로부터 각도를 이루어 변위되어 있다. 각각의 외측 가열 표면은 기판의 제1 외측 표면의 적어도 일부를 바라보는 시선(line of sight) 내에 있다.In one embodiment, a deposition zone for depositing a material on a substrate having a first outer surface of width x depth includes: (a) one or more deposition layers on a first outer surface of the substrate, One or more physical vapor deposition sources configured to deposit metallic materials; And (b) one or more radiant zone boundary heaters. Each radiation zone boundary heater includes an outer heating surface configured to emit infrared radiation and at least one outer heating surface is angularly displaced from the first outer surface of the substrate by an angle of less than 90 degrees. Each outer heating surface is within a line of sight looking at at least a portion of the first outer surface of the substrate.

도 1은 종래 기술의 박막 광기전 소자의 단면도.
도 2는 종래 기술의 CIGS 증착 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 열이 폴리이미드 기판 내에 어떻게 포획될 수 있는지의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 기판의 후방 외측 표면으로부터의 열 복사를 촉진시킴으로써 기판 가열이 어떻게 최소화될 수 있는지의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 일 실시예에 따른, 기판의 전방 외측 표면을 복사 가열하도록 구성된 히터들을 포함하는 하나의 CIGS 증착 구역을 도시하는 도면.
도 6은 일 실시예에 따른, 도 5의 증착 구역에 의해 형성된 CIGS 태양광 흡수제 층을 포함하는 광기전 소자의 단면도.
도 7은 일 실시예에 따른, 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법을 예시하는 도면.
도 8은 다른 실시예에 따른, 기판의 전방 외측 표면을 복사 가열하도록 구성된 세그먼트형(segmented) 히터들을 포함하는 하나의 CIGS 증착 구역을 도시하는 도면.
1 is a sectional view of a conventional thin film photovoltaic device.
Figure 2 shows a prior art CIGS deposition system.
Figure 3 illustrates an example of how heat can be trapped within a polyimide substrate.
Figure 4 illustrates an example of how substrate heating can be minimized by promoting thermal radiation from the rear outer surface of the substrate.
Figure 5 illustrates one CIGS deposition zone, including heaters configured to radiantly heat the front outer surface of the substrate, according to one embodiment.
6 is a cross-sectional view of a photovoltaic device including a layer of CIGS solar absorber formed by the deposition zone of FIG. 5, according to one embodiment.
Figure 7 illustrates a method for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate, according to one embodiment.
Figure 8 illustrates one CIGS deposition zone, including segmented heaters configured to radiantly heat the front outer surface of the substrate, according to another embodiment;

위에서 논의된 바와 같이, 폴리이미드 기판 상에 CIS/CIGS를 증착하기 위한 종래의 시스템들은 증착 장비가 전방 외측 표면 상에 CIS/CIGS를 증착하는 동안, 기판의 후방 외측 표면을 복사 가열하도록 구성된 기판 히터들을 포함한다. 종래의 시스템들이 후방 외측 표면 가열을 채용하는 이유는 두 가지인데, 즉 (1) 강건한 CIS/CIGS 증착을 위한 균일한 가열을 얻기 위해 후방 표면 가열이 필요하다고 통상적으로 생각되었고, (2) 후방 표면 가열은 기판 히터들이 CIS/CIGS 공급원들의 경로들의 외부에 배치되게 한다는 것이다.Conventional systems for depositing CIS / CIGS on a polyimide substrate, as discussed above, include a substrate heater configured to radiantly heat the rear outer surface of the substrate while the deposition equipment deposits CIS / CIGS on the front outer surface . Conventional systems employ rear exterior surface heating for two reasons: (1) it has been commonly thought that rear surface heating is required to obtain uniform heating for robust CIS / CIGS deposition, (2) The heating is that the substrate heaters are placed outside the paths of the CIS / CIGS sources.

그러나, 발명자들의 열적 모델링은, 전형적인 CIS/CIGS 증착 동안, 기판의 두께에 걸쳐 작지만 무의미하지 않은 열적 구배(thermal gradient)가 존재함을 나타낸다. 예를 들어, 기판(202)의 후방 외측 표면(228)측에 인가되는 가열은, 접촉 층이 전방 외측 표면(218) 상에 배치될 때(도 2 참조), 기판의 두께(230)에 걸쳐 작은(예를 들어, 3 내지 7℃) 열적 구배로 이어진다. 따라서, 기판의 전방 외측 표면(218)은 이들 조건 하에서 후방 외측 표면(228)보다 약간 저온이다. 이러한 열적 구배는 코팅과 기판 사이의 접촉의 품질에 따라 더 유의하거나 덜 유의할 수 있다. 전방에서 후방으로의 온도 구배는 통상의 유리 기판들 또는 금속 기판들에서는 문제가 아니며, 후자의 경우에서는 거의 또는 전혀 구배가 없다고 추정가능한데, 그 이유는 기판 히터들은 기판의 손상 없이 고품질의 CIS/CIGS를 반응시키기 위해 필요한 대로 기판의 전방 외측 표면 상에서 충분한 열을 달성하도록 조절될 수 있기 때문이다. 그러나, 폴리이미드 또는 가능하게는 얇은 유리와 같은 온도 제한형 기판들의 경우에, 기판 히터들은 기판 온도 제한보다 높게 조절될 수 없음으로써, 잠재적으로는 고품질의 CIS/CIGS를 반응시키기 위한 전방 외측 표면으로의 열이 적게 된다. 따라서, 기판 두께에 걸친 5℃의 열적 구배의 경우에, 열을 기판의 전방측에 인가하는 것은 후방측 가열과 비교할 때 동일한 전방측 온도를 달성하기 위해 후방측 온도가 10℃ 더 낮게 될 것이다.However, the thermal modeling of the inventors shows that during typical CIS / CIGS deposition, there is a small but insignificant thermal gradient across the thickness of the substrate. For example, the heating applied to the rear outer surface 228 side of the substrate 202 is greater than the thickness 230 of the substrate when the contact layer is disposed on the front outer surface 218 (see FIG. 2) Followed by a small (e. G., 3 to 7 C) thermal gradient. Thus, the front outer surface 218 of the substrate is slightly colder than the rear outer surface 228 under these conditions. This thermal gradient may be more or less noticeable depending on the quality of the contact between the coating and the substrate. It is presumable that the front-to-back temperature gradient is not a problem in conventional glass or metal substrates, and in the latter case there is little or no gradient because the substrate heaters are of high quality CIS / CIGS As desired to achieve sufficient heat on the front outer surface of the substrate. However, in the case of temperature-limited substrates such as polyimide or possibly thin glass, the substrate heaters can not be controlled above the substrate temperature limit, thereby potentially leading to a front outer surface for reacting high quality CIS / CIGS The number of rows is reduced. Thus, in the case of a 5 deg. C thermal gradient across the substrate thickness, applying heat to the front side of the substrate will result in a 10 deg. C lower backside temperature to achieve the same front side temperature as compared to the rear side heating.

발명자들은 CIS/CIGS 증착 동안의 열적 구배가 폴리이미드 기판의 절연 특성, 열 반사성 전방측 금속 층, 및 진공 챔버 내에서의 공정 주도형(process driven) 활성 복사 가열 및 냉각의 조합에 기인될 수 있다고 판단하였다. 예를 들어, 도 3은 전방 외측 표면(304) 상의 전방 금속 층(302) 및 후방 외측 표면(308) 상의 후방측 금속 층(306)을 포함하는 폴리이미드 기판(300)의 단면도를 도시한다. 열은 CIS/CIGS 증착 동안에 주로 복사에 의해 기판(300)으로 그리고 기판으로부터 전달되는데, 이는 증착이 진공에서 이루어지기 때문이다.The inventors believe that the thermal gradients during CIS / CIGS deposition can be attributed to the combination of the insulating properties of the polyimide substrate, the heat reflective front side metal layer, and process driven active radiation heating and cooling in the vacuum chamber Respectively. 3 illustrates a cross-sectional view of a polyimide substrate 300 that includes a front metal layer 302 on the front outer surface 304 and a rear metal layer 306 on the rear outer surface 308. As shown in FIG. The heat is transferred primarily to the substrate 300 and from the substrate by radiation during the CIS / CIGS deposition because the deposition is done in vacuum.

후방 외측 표면(308)이 후방측 금속 층(306)의 외측 표면(322)에 충돌하는 방사선(310)에 의해 가열되는 시나리오를 고려한다. 방사선(310)의 일부분(312)은 후방측 금속 층(306)에 의해 멀리 반사되는 반면, 방사선(310)의 일부분(314)은 후방측 금속 층(306)을 통해 투과되고 기판(300)에 의해 부분적으로 흡수된다. 기판(300)의 상대적으로 낮은 열전도율로 인해, 열은 기판(300)을 통해 상대적으로 느리게 전도되어, 고온의 공급원로부터의 일부 입사 열 복사에도 불구하고, 전방 접점(302)으로부터 멀리 저온의 챔버 주위로의 열 복사에 힘입어, 기판(300)의 후방(316)이 기판의 전방(318)보다 더 따뜻하다. 부가적으로, 기판(300)에 의해 흡수되지 않는 방사선(314)의 일부는 화살표(320)로 나타낸 바와 같이, 전방 금속 층(302)에 의해 기판(300) 내로 다시 반사되며, 이는 기판(300)을 추가로 가열한다. 유사하게, 후방측 금속이 사용되지 않을 때, 후방측 히터들로부터의 일차 방사선 및 전방 금속 층(302)의 후방으로부터의 반사된 방사선은 기판 가열을 초래한다. 어떠한 경우에도, 전방 외측 표면(324)은 그의 바라보는 시선이 거의 저온의 표면들의 것이기 때문에 복사 냉각된다.Consider a scenario in which the rear outer surface 308 is heated by the radiation 310 impinging on the outer surface 322 of the rear side metal layer 306. A portion 312 of radiation 310 is reflected away by the rear side metal layer 306 while a portion 314 of radiation 310 is transmitted through the rear side metal layer 306 and onto the substrate 300 Lt; / RTI > Due to the relatively low thermal conductivity of the substrate 300, the heat is conducted relatively slowly through the substrate 300 so that, despite some incident thermal radiation from the hot source, The back 316 of the substrate 300 is warmer than the front 318 of the substrate. In addition, a portion of the radiation 314 that is not absorbed by the substrate 300 is reflected back into the substrate 300 by the front metal layer 302, as indicated by arrow 320, ) Is further heated. Similarly, when the backside metal is not used, the primary radiation from the rear side heaters and the reflected radiation from the back of the front metal layer 302 result in substrate heating. In any case, the front outer surface 324 is radiatively cooled because its line of sight is that of substantially cold surfaces.

따라서, 발명자들은 전방 외측 표면 상에 CIS/CIGS를 증착할 때, 폴리이미드 기판의 후방 외측 표면 대신에 그의 전방 외측 표면을 가열하는 것이 더 양호하다고 판단하였다. 예를 들어, 전방 외측 표면의 가열은 잠재적으로는 가열 방사선이 CIS/CIGS 증착이 발생하는 기판의 전방측으로 실질적으로 한정되게 함으로써, 종래의 기술을 사용하여 요구되는 바와 같은 전체 기판의 과도한 가열 없이 CIS/CIGS 반응을 지원하는 필요한 에너지를 제공한다. CIS/CIGS 반응을 향상시키면서 과도한 기판 가열을 피하는 이러한 능력은 기판 열화를 감소시킴으로써 소자 신뢰성 및 높은 제조 수율을 촉진한다. 또한, 기판의 전방 외측 표면의 가열은, Se 노 또는 크래커의 사용을 필요로 함이 없이, 공동-증발 CIGS 증착 공정 동안에 작은 Se 증기 클러스터 크기를 달성하기에 충분한 열에너지를 제공할 수 있다.Thus, the inventors determined that when depositing CIS / CIGS on the front outer surface, it is better to heat the front outer surface of the polyimide substrate instead of the rear outer surface thereof. For example, the heating of the front outer surface may potentially cause the heating radiation to be substantially confined to the front side of the substrate where CIS / CIGS deposition takes place, thereby reducing the CIS / CIGS deposition, without excessive heating of the entire substrate as required using conventional techniques. / CIGS reaction. This ability to improve CIS / CIGS reaction while avoiding excessive substrate heating promotes device reliability and high manufacturing yields by reducing substrate degradation. In addition, heating the front outer surface of the substrate can provide sufficient thermal energy to achieve a small Se vapor cluster size during the co-evaporation CIGS deposition process, without requiring the use of Se furnaces or crackers.

발명자들은 또한, 후방 외측 표면으로부터의 열의 복사 방출을 촉진함으로써, 전방 외측 표면 상에서의 CIS/CIGS 증착 동안에 폴리이미드 기판의 가열이 추가로 최소화될 수 있다는 것을 발견하였다. 도 4는 반대편의 전방 및 후방 외측 표면(402, 404)들을 갖는 폴리이미드 기판(400)의 단면도를 도시한다. 몰리브덴 층과 같은 전방 금속 층(406)이 전방 외측 표면(402) 상에 배치된다. 기판(400)이 전방 금속 층(406)에 충돌하는 방사선(408)에 의해 가열되는 것으로 가정한다. 방사선의 일부분(410)은, 일부 전도되는 열 흐름과 함께, 전방 금속 층(406)을 통해 기판(400) 내로 흐를 것이다. 열 방사선(410)이 후방 외측 표면(404)을 빠져 나가 방사선(410)이 기판(400) 내부에 포집되는 것을 방지함으로써 기판 가열을 최소화하는 것을 돕는 것이 바람직하다. 위에서 논의된 바와 같이, 과도한 기판 가열은 다수의 원하지 않는 효과들을 야기할 수 있으며, 따라서 기판 가열을 최소화하는 것이 바람직하다.The inventors have also found that heating of the polyimide substrate during CIS / CIGS deposition on the front outer surface can be further minimized by promoting radiant emission of heat from the rear outer surface. 4 shows a cross-sectional view of a polyimide substrate 400 having opposed front and rear outer surfaces 402, A front metal layer 406, such as a molybdenum layer, is disposed on the front outer surface 402. It is assumed that the substrate 400 is heated by the radiation 408 impinging on the front metal layer 406. A portion 410 of radiation will flow into the substrate 400 through the front metal layer 406, along with some conducted heat flow. It is desirable to help minimize the substrate heating by preventing the thermal radiation 410 from escaping the rear outer surface 404 and the radiation 410 being trapped within the substrate 400. As discussed above, excessive substrate heating may cause a number of undesirable effects, and thus it is desirable to minimize substrate heating.

도 4와 관련하여, 후방 금속 층은 기판 및 전방 금속 층으로부터 기판 내로 다시 열을 반사시킴으로써, 기판으로부터 멀어지는 방향으로의 열의 복사를 저해한다. 그러한 저해는 후방 금속 코팅을 생략함으로써, 또는 후방 금속 코팅 대신에 응력 정합 층(stress matching layer)으로서 적외선 투과성 코팅(412)을 사용함으로써 제거될 수 있다. 부가적으로, 기판으로부터 멀어지는 방향으로의 열 복사는 투과성 코팅(412)이 고 이미턴스(emittance) 코팅이 되게 함으로써 촉진될 수 있다. 일부 실시예들에서, 고 이미턴스 코팅은 광전지들의 원하지 않는 전기적 단락의 위험성을 감소시키는 유전성 코팅이다. 고 이미턴스 코팅의 일부 예들에는 Al2O3, SiOx와 같은 투과성 산화물 및 광-투과성 질화물이 포함된다. 이들 재료는 전형적으로 최소 흡수 및 저 전도율을 가지고서 적외선 투과 및 고 이미턴스를 달성한다.With reference to Fig. 4, the rear metal layer reflects heat back into the substrate from the substrate and front metal layer, thereby inhibiting heat radiation in a direction away from the substrate. Such inhibition may be removed by omitting the rear metallic coating, or by using an infrared transparent coating 412 as a stress matching layer instead of a rear metallic coating. Additionally, thermal radiation in a direction away from the substrate can be facilitated by allowing the transmissive coating 412 to become a high emittance coating. In some embodiments, the high emittance coating is a dielectric coating that reduces the risk of unwanted electrical shorting of photovoltaic cells. Some examples of high emittance coatings include transparent oxides such as Al 2 O 3 , SiO x , and light-transparent nitrides. These materials typically have a minimum absorption and a low conductivity to achieve infrared transmission and high emittance.

도 5는 가요성 폴리이미드 기판(502) 상에 CIGS를 증착하도록 구성된 하나의 CIGS 증착 구역(500)을 도시한다. 증착 구역(500)은 길이(504), 높이(506), 및 길이와 높이 방향들에 수직인 폭(도면 부호가 표기되지 않음)을 갖는다. 증착 구역(500)은 진공 펌프(510) 및 인클로저(508)를 포함하며, 이들은 인클로저(508) 내부에 진공을 유지하도록 구성되는 진공 챔버를 집합적으로 형성한다. 배출(pay-out) 및 권취(take-up) 스풀(spool)들 및 기판 지지 롤러들과 같은 구역(500)의 내부 및/또는 외부의 기판 취급 장치(도시되지 않음)는, 기판(502)의 전방 외측 표면(512)이 실질적으로 길이 × 폭 방향들로 배치되도록, 구역(500) 내에서 기판(502)을 지지한다. 일부 실시예들에서, 기판 취급 장치는 또한 길이(504) 방향으로 구역(500)을 통해 기판(502)을 병진이동시킬 수 있다.FIG. 5 illustrates one CIGS deposition zone 500 configured to deposit CIGS on a flexible polyimide substrate 502. The deposition zone 500 has a length 504, a height 506, and a width (not numbered) perpendicular to the length and height directions. The deposition zone 500 includes a vacuum pump 510 and an enclosure 508 that collectively form a vacuum chamber configured to maintain a vacuum inside the enclosure 508. A substrate handling apparatus (not shown) inside and / or outside of the area 500, such as pay-out and take-up spools and substrate support rollers, The substrate 502 is supported within the area 500 so that the front outer surface 512 of the substrate 502 is disposed substantially in the length x width directions. In some embodiments, the substrate handling apparatus may also translate the substrate 502 through the region 500 in the direction of the length 504.

증착 구역(500)은 금속 재료들을 증착하도록 구성된 복수의 물리적 증기 증착 공급원들을 포함하는데, 본 실시예에서는 3개의 공급원(514, 516, 518)들이 도시되어 있다. 이들 공급원은, 예를 들어 구리, 인듐, 및 갈륨뿐만 아니라 구역(500) 내에서 요구되는 반도체 화합물을 제조하기 위해 필요한 다른 원소들을 제공한다. 물리적 증기 증착 공급원(514, 516, 518)들은 기판(502)의 전방(520)에 배치되고, 요구되는 반도체 화합물을 제조하기 위해 요구되는 원소들 중 적어도 일부를 제공하는 금속 플럼(522, 524, 526)들을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 물리적 증기 증착 공급원(514, 516, 518)들은 기판(502)의 전방 외측 표면(512) 상에 구리, 인듐 및 갈륨을 각각 배치한다. 셀레늄 매니폴드(528)는 전형적으로 셀레늄 증기(530)를 증착 구역(500)에 제공하도록 포함된다.The deposition zone 500 includes a plurality of physical vapor deposition sources configured to deposit metallic materials, in this embodiment three sources 514, 516, 518 are shown. These sources provide, for example, copper, indium, and gallium as well as other elements required to produce the required semiconductor compound in the zone 500. Physical vapor deposition sources 514, 516 and 518 are disposed in front of substrate 502 and include metal platums 522, 524, and 526 that provide at least some of the elements required to produce the required semiconductor compound. 526, respectively. For example, in some embodiments, the physical vapor deposition sources 514, 516, 518 place copper, indium, and gallium on the front outer surface 512 of the substrate 502, respectively. A selenium manifold 528 is typically included to provide the selenium vapor 530 to the deposition zone 500.

증착 구역(500)은 하나 이상의 복사 구역 경계 히터(532)들을 추가로 포함한다. 본 문헌에서, 물품의 특정 예들이 괄호 내 숫자(예를 들어, 히터(532(1)))를 사용하여 지칭될 수 있는 반면, 괄호가 없는 도면 부호(예를 들어, 히터(532))들은 임의의 그러한 물품을 지칭한다. 각각의 복사 구역 경계 히터(532)는 복사 가열을 위한 적외 방사선을 방출하도록 구성된 각자의 외측 가열 표면(536)을 갖는다. 외측 가열 표면(536)은 기판 외측 표면(512)의 적어도 일부를 바라보는 시선 내에 있다. 일부 실시예들에서, 히터(532)들은 전기 복사 히터들이다. 복사 구역 경계 히터(532(1) 내지 532(4))들은, 이들의 각자의 가열 표면(536)들이 실질적으로 길이 × 폭 방향들로 배치되어 가열 표면들이 기판의 전방 외측 표면(512)의 적어도 일부와 고 형태 계수(view factor)를 갖도록 배치된다. 본 문헌의 문맥상, 제2 표면에 대한 제1 표면의 형태 계수는 (i) 제2 표면과 충돌하는 제1 표면을 떠난 방사선 대 (ii) 제1 표면을 떠난 총 방사선의 비이다. 예를 들어, 기판의 외측 표면(512)에 대한 가열 표면(536(1))의 형태 계수는 (i) 표면(536(1))을 떠나 기판 표면(512)에 충돌하는 적외 방사선 대 (ii) 가열 표면(536(1))을 떠난 총 적외 방사선의 비이다. 한편, 복사 구역 경계 히터(532(5) 및 532(6))들은, 이들의 각자의 가열 표면(536)들이 45도와 같은 90도 미만인 각자의 각도(540)만큼 기판의 전방 외측 표면(512)으로부터 각도를 이루어 변위되어 있도록 배치된다. 히터(532(5), 532(6))들의 그러한 배치는 그들의 각자의 가열 표면(536)들이, 가열 표면들이 외측 표면(512)의 평면에 수직인 상태로 히터들이 배치되는 경우에 얻어지는 것보다 더 높은, 기판 외측 표면(512)에 대한 형태 계수를 갖게 한다. 히터들이 기판 전방 외측 표면(512)에 대해 고 형태 계수를 갖도록 히터들을 배치하는 것은 전방 외측 표면(512)의 직접 복사 가열을 가능하게 하여, 전방 외측 표면(512)의 온도가 기판(502)의 후방 외측 표면(542)의 온도보다 높아지게 한다. 물리적 증기 증착 공급원(514, 516, 518)들로부터의 열은 또한 전형적으로 전방 외측 표면(512)을 직접적으로 가열하여, 이들 공급원 및 구역 경계 히터(532)들이 필요한 열에너지를 집합적으로 제공하여서, 구리, 인듐, 및 갈륨이 CIGS를 형성하도록 전방 외측 표면(512)에서 셀레늄과 반응하게 할 것이다.The deposition zone 500 further includes one or more radiation zone boundary heaters 532. In the present document, specific examples of articles may be referred to using numbers in parentheses (e.g., heater 532 (1)), while reference numerals without parentheses (e.g., heaters 532) Refers to any such article. Each radiation zone boundary heater 532 has its own outer heating surface 536 configured to emit infrared radiation for radiant heating. The outer heating surface 536 is within the line of sight of at least a portion of the substrate outer surface 512. In some embodiments, the heaters 532 are electric radiant heaters. The radiation zone boundary heaters 532 (1) to 532 (4) are arranged such that their respective heating surfaces 536 are disposed in substantially length x width directions such that the heating surfaces are at least spaced apart from the front outer surface 512 of the substrate Part and a view factor. In the context of the present document, the shape factor of the first surface relative to the second surface is (i) the ratio of the total radiation leaving the first surface to the radiation beam leaving the first surface impinging on the second surface. For example, the shape factor of the heating surface 536 (1) with respect to the outer surface 512 of the substrate may be (i) the infrared radiation band (ii) leaving the surface 536 ) The total infrared radiation leaving the heating surface 536 (1). Radiation zone boundary heaters 532 (5) and 532 (6), on the other hand, are positioned such that their respective heating surfaces 536 are at a respective angle 540 of less than 90 degrees, such as 45 degrees, As shown in Fig. Such an arrangement of the heaters 532 (5), 532 (6) is such that their respective heating surfaces 536 are arranged so that their heating surfaces are not perpendicular to the plane of the outer surface 512 To have a higher, shape factor for the substrate outer surface 512. Placing the heaters so that the heaters have a high form factor with respect to the substrate front outer surface 512 allows direct radiant heating of the front outer surface 512 such that the temperature of the front outer surface 512 is greater than the temperature of the substrate 502 To be higher than the temperature of the rear outer surface 542. The heat from the physical vapor deposition sources 514, 516 and 518 also typically directly heats the front outer surface 512 so that these source and zone boundary heaters 532 collectively provide the necessary thermal energy, Copper, indium, and gallium will react with selenium at the front outer surface 512 to form CIGS.

추가 증착 구역들이 전형적으로 증착 구역(500)과 함께 사용될 것이며, 여기서 각각의 추가 증착 구역은 기판(502) 상에 하나 이상의 추가 박막 층들을 증착하여 증착된 박막 층들이 기판(502) 상에 박막 스택을 집합적으로 형성하게 하는 것이 예상된다. 예를 들어, 추가 증착 구역은, 기판(502)이 구역(500) 내로 진입하기 전에, 기판의 전방 외측 표면(512) 상에 전기 접촉 층을 증착하도록 구역(500)으로부터 상류측에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 추가 증착 구역은 구역(500) 내에서 증착된 CIGS 층 상에 이종접합 파트너 층을 증착하도록 구역(500)으로부터 하류측에 위치되어, CIGS 층 및 이종접합 파트너 층이 P-N 광기전 접합부를 집합적으로 형성하게 할 수 있다. 또한, 증착 구역(500)의 다수의 예들이 선택적으로, 예를 들어 나스(Nath) 등의 미국 특허 제8,021,905호에 개시된 기술들을 사용함으로써, 기판(502) 상에 다수의 CIGS 서브 층들을 증착하는 데 채용된다. 또한, 증착 구역(500)이 각자의 인클로저(508) 및 진공 펌프(510)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 일부 대안적 실시예들에서, 구역(500)은 하나 이상의 다른 증착 구역들과 인클로저 및/또는 진공 펌프를 공유한다.Additional deposition zones will typically be used with the deposition zone 500 where each additional deposition zone is formed by depositing one or more additional thin film layers on the substrate 502 such that the deposited thin film layers are deposited on the substrate 502, To be formed collectively. For example, the additional deposition zone may be located upstream from the zone 500 to deposit an electrical contact layer on the front outer surface 512 of the substrate before the substrate 502 enters the zone 500 have. As another example, a further deposition zone may be located downstream from zone 500 to deposit a heterojunction partner layer on the CIGS layer deposited in zone 500 such that the CIGS layer and the heterojunction partner layer are deposited on the PN photovoltaic junction Can be collectively formed. In addition, multiple examples of deposition zones 500 may optionally be formed by depositing a plurality of CIGS sublayers on the substrate 502, for example by using the techniques disclosed in U.S. Patent No. 8,021,905 to Nath et al. . In addition, although the deposition zone 500 is shown having its own enclosure 508 and vacuum pump 510, in some alternative embodiments, the zone 500 may include one or more other deposition zones and an enclosure and / Or a vacuum pump.

도 6은 증착 구역(500)에 의해 형성된 CIGS 층을 포함한 광기전 소자의 일례인 광기전 소자(600)의 단면도를 도시한다. 그러나, 증착 구역(500)은 광기전 소자(600)의 CIGS 층을 형성하는 것으로 제한되지 않는다. 광기전 소자(600)는 기판의 전방 외측 표면(512) 상에 형성되는 제1 전기 접촉 층(602), 접촉 층(602) 상에 증착 구역(500)에 의해 형성되는 CIGS 태양광 흡수제 층(604), 태양광 흡수제 층(604) 상에 형성되는 이종접합 파트너 층(606), 및 이종접합 파트너 층(606) 상에 형성되는 제2 전기 접촉 층(608)을 포함한다. 층(602, 604, 606, 608)들은 전방 외측 표면(512) 상에 박막 스택(610)을 집합적으로 형성한다. 태양광 흡수제 층(604) 및 이종접합 파트너 층(606)은 P-N 접합부를 집합적으로 형성하고, 이는 입사광에 응답하여 전자-정공 쌍들을 생성한다. 광기전 소자(600)는 선택적으로, 스택(610)의 하나 이상의 층들을 형성할 때, 후방 외측 표면(542)으로부터의 열의 복사를 용이하게 하기 위해, 기판의 후방 외측 표면(542) 상에 형성되는 고 이미턴스 산화물 층(612)을 추가로 포함한다. 버퍼 층 및/또는 응력 제거 층과 같은 추가 층들이 광기전 소자의 범주로부터 벗어남이 없이 광기전 소자(600)에 추가될 수 있다.Figure 6 shows a cross-sectional view of a photovoltaic device 600 that is an example of a photovoltaic device including a CIGS layer formed by a deposition zone 500. [ However, the deposition zone 500 is not limited to form the CIGS layer of the photovoltaic device 600. [ The photovoltaic device 600 includes a first electrical contact layer 602 formed on the front outer surface 512 of the substrate, a CIGS solar absorbing layer (not shown) formed by the deposition zone 500 on the contact layer 602 604, a heterojunction partner layer 606 formed on the solar absorbing layer 604, and a second electrical contact layer 608 formed on the heterojunction partner layer 606. The layers 602, 604, 606, 608 collectively form a thin film stack 610 on the front outer surface 512. The solar absorbing layer 604 and the heterojunction partner layer 606 collectively form a P-N junction, which produces electron-hole pairs in response to incident light. The photovoltaic element 600 may optionally be formed on the rear outer surface 542 of the substrate to facilitate the radiation of heat from the rear outer surface 542 when forming one or more layers of the stack 610. [ Lt; RTI ID = 0.0 > 612 < / RTI > Additional layers such as a buffer layer and / or a stress relief layer may be added to the photovoltaic device 600 without departing from the category of the photovoltaic device.

증착 구역(500)이 기판(502) 상에 CIGS를 증착하도록 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 구역(500)은 CIS, CIS의 다른 합금, 또는 심지어 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 온도 제한형 기판들 상에서 높은 증착 온도들을 필요로 하는 CIS/CIGS 이외의 재료를 증착하도록 수정될 수 있다. 부가적으로, 증착 구역(500)이 기판의 전방 외측 표면(512)만이 직접적으로 복사 가열되도록 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 구역(500)이 기판(502)의 후방 외측 표면(542)을 복사 가열하도록 구성되는 히터들을 기판(502)의 후방(544)에서 추가적으로 포함하도록 수정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 후방 표면 히터들이 채용되는 경우, 증착 구역(500)은 구역 경계 히터(532)들 및 물리적 증기 증착 공급원(514, 516, 518)들과 같이 전방 외측 표면(512)을 직접적으로 복사 가열하는 복사열 생성 요소들이 위에서 논의된 전방 외측 표면 가열과 관련된 이점들을 실현하기 위해 기판(502) 상에서의 CIS/CIGS 반응에 필요한 열에너지의 대부분을 제공하도록 구성되어야 한다. 대안적인 실시예에서, 기판의 후방 외측 표면(542)으로부터의 복사 열전달을 향상시킴으로써 과도한 열 축적으로부터 기판(502)을 보호하면서 보다 큰 전방 외측 표면(512) 온도를 가능하게 하기 위해, 증착 구역(500)은 기판(502)의 후방(544)에 배치되는 기판 냉각기(도시되지 않음)들을 추가로 포함한다.Although the deposition zone 500 is shown as being configured to deposit CIGS on the substrate 502, the zone 500 may be a CIS, a CIS, another alloy of CIS, or even a temperature limited substrate RTI ID = 0.0 > CIS / CIGS < / RTI > Additionally, although the deposition zone 500 is shown as being configured to directly radiate heat only the front outer surface 512 of the substrate, the zone 500 may be configured to radiate the rear outer surface 542 of the substrate 502 to a radiant heating It should be appreciated that the heaters configured to be further modified to include at the rear 544 of the substrate 502. However, if rear surface heaters are employed, the deposition zone 500 may be used to directly radiantly heat the front outer surface 512, such as zone boundary heaters 532 and physical vapor deposition sources 514, 516, Radiation heat generating elements should be configured to provide most of the thermal energy needed for the CIS / CIGS reaction on the substrate 502 to realize the advantages associated with the front outer surface heating discussed above. In an alternate embodiment, to enhance the radiant heat transfer from the rear outer surface 542 of the substrate, the substrate 502 may be protected from excessive heat accumulation while allowing for a larger front outer surface 512 temperature, 500 further includes a substrate cooler (not shown) disposed at the rear 544 of the substrate 502.

도 7은 반대편의 전방 및 후방 외측 표면들을 포함하는 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법(700)을 예시한다. 방법(700)은 전방 외측 표면의 온도가 후방 외측 표면의 온도보다 높도록, 기판의 전방 외측 표면을 가열하는 단계(702)로 개시된다. 단계(702)의 일례는 전방 외측 표면(512)이 후방 외측 표면(542)보다 높은 온도에 있도록 구역 경계 히터(532)들을 사용하여 기판(502)의 전방 외측 표면(512)을 가열하는 것이다(도 5 참조). 단계(704)에서, 하나 이상의 박막 층들이 전방 외측 표면(512) 상에 증착된다. 단계(704)의 일례는, 전방 외측 표면(512) 상에 CIGS 층(604)을 형성하기 위해 상승된 온도의 매니폴드(528)로부터의 셀레늄 존재 하에, 공급원(514, 516, 518)들로부터의 구리, 인듐, 및 갈륨을 각각 반응시킴으로써 기판(502)의 전방 외측 표면(512) 상에 CIGS 층(604)을 형성하는 것이다.(도 5 및 도 6). 단계(702, 704)들이 별개의 단계들로서 도시되어 있지만, 이들 단계들 중 적어도 일부가 많은 실시예들에서 동시에 실행될 것이라는 것이 예상된다.FIG. 7 illustrates a method 700 for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate comprising opposed front and rear outer surfaces. The method 700 begins with heating 702 the front outer surface of the substrate such that the temperature of the front outer surface is higher than the temperature of the rear outer surface. An example of step 702 is to heat the front outer surface 512 of the substrate 502 using zone boundary heaters 532 such that the front outer surface 512 is at a higher temperature than the rear outer surface 542 5). At step 704, one or more thin film layers are deposited on the front outer surface 512. One example of step 704 is to remove the selenium from the sources 514, 516, 518 in the presence of selenium from the elevated temperature manifold 528 to form the CIGS layer 604 on the front outer surface 512 To form a CIGS layer 604 on the front outer surface 512 of the substrate 502 by reacting copper, indium, and gallium, respectively, of the substrate 502 (Figures 5 and 6). Although steps 702 and 704 are shown as separate steps, it is expected that at least some of these steps will be performed simultaneously in many embodiments.

도 8은 도 5에 도시된 것과 유사한 방식으로 가요성 폴리이미드 기판(502) 상에 CIGS를 증착하도록 구성된 다른 CIGS 증착 구역(800)을 도시한다. 증착 구역(800)은 도 5의 증착 구역(500)과 유사하지만, 몇몇 구역 경계 히터(532)들이 세그먼트형 구역 경계 히터(802)들로 대체되어 있다. 세그먼트형 구역 경계 히터(802)들은 기판(502)을 향해 형태 계수를 증가시키면서 균일한 가열을 가능하게 하는 방식으로 정렬됨으로써, 구역 길이(504)에 대한 영향을 최소화하면서 열에너지가 히터(802)들로부터 기판으로 전달되게 하는 효율을 증가시킨다. 구역(800) 내에 셀레늄 증기(530) 및/또는 다른 증착 원소들을 수용하기 위해, 차폐체(804)들이 인접한 히터(802)들 사이의 공간들 내에 선택적으로 배치된다. 차폐체(804)들은 구역(800) 내의 CIGS 증착을 모니터링하기 위한 비-접촉 수단을 수용하기 위해 전기 및/또는 광 통과지점(pass-through)들을 수용하도록 선택적으로 제조된다. 각각의 구역 경계 히터(802)는 복사 가열을 위한 적외 방사선을 방출하도록 구성된 각자의 외측 가열 표면(806)을 갖는다. 히터(802)들은 각각의 외측 가열 표면(806)이 기판의 외측 표면(512)의 적어도 일부를 바라보는 시선 내에 있도록 배치된다. 각각의 히터(802)는, 그의 외측 가열 표면(806)이 45도와 같은 90도 미만인 각자의 각도(808)만큼 기판의 전방 외측 표면(512)으로부터 각도를 이루어 변위되도록 배치된다. 히터(802)들의 그러한 배치는 그들의 각자의 가열 표면(806)들이, 가열 표면들이 외측 표면(512)에 수직인 상태로 히터들이 배치되는 경우에 얻어지는 것보다 더 높은, 기판 외측 표면(512)에 대한 형태 계수를 갖게 한다. 차폐체(804)들, 외측 가열 표면(806)들 및 각도(808)들의 일부 예들만이 예시 명료성을 증진시키기 위해 도 8에서 도면 부호가 붙어 있다.FIG. 8 shows another CIGS deposition zone 800 configured to deposit CIGS on a flexible polyimide substrate 502 in a manner similar to that shown in FIG. The deposition zone 800 is similar to the deposition zone 500 of FIG. 5, but some zone boundary heaters 532 have been replaced with segmented zone boundary heaters 802. The segmented zone boundary heaters 802 are arranged in a manner that allows uniform heating while increasing the form factor towards the substrate 502 so that thermal energy is applied to the heaters 802 while minimizing the effect on the zone length 504. [ Lt; RTI ID = 0.0 > substrate. ≪ / RTI > To accommodate the selenium vapor 530 and / or other deposition elements within the zone 800, the shields 804 are selectively disposed within the spaces between adjacent heaters 802. Shields 804 are optionally fabricated to receive electrical and / or light pass-throughs to receive non-contact means for monitoring CIGS deposition within zone 800. Each zone boundary heater 802 has its own outer heating surface 806 configured to emit infrared radiation for radiant heating. Heaters 802 are positioned so that each outer heating surface 806 is within the line of sight of at least a portion of the outer surface 512 of the substrate. Each heater 802 is disposed such that its outer heating surface 806 is angularly displaced from the front outer surface 512 of the substrate by a respective angle 808 less than 90 degrees, such as 45 degrees. Such an arrangement of the heaters 802 is such that their respective heating surfaces 806 are located on the substrate outer surface 512 higher than those obtained when the heaters are arranged with the heating surfaces perpendicular to the outer surface 512 To have a shape factor for. Some examples of shields 804, outer heating surfaces 806 and angles 808 are labeled in FIG. 8 to enhance exemplary clarity.

본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들이 CIS/CIGS 증착과 관련하여 설명되었지만, 이들은 가요성 디스플레이를 위한 그리고/또는 가요성 전자기기를 위한 고속 결정질 박막 트랜지스터의 고온 증착과 같은 다른 재료들의 고온 증착에 또한 적용될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 폴리이미드 기판들, 또는 심지어 첨가제들 및 충전제들을 갖는 중합체와의 사용으로 한정되는 것이 아니라, 얇은 가요성 유리 및 가능하게는 절연된 금속 포일들과 같은 저 열전도율을 갖는 다른 온도 민감성(temperature sensitive) 기판에 또한 적용가능하다. 이들 기판은 폴리이미드보다 더 높은 온도 제약들을 가질 수 있지만, 개시된 시스템들 및 방법들로부터 또한 이득을 얻을 수 있는, 구조적 완전성 및 온도에 대한 민감성의 조합을 나타낼 수 있다.Although the systems and methods disclosed herein have been described in connection with CIS / CIGS deposition, they are also suitable for high temperature deposition of other materials, such as high temperature deposition of high-speed crystalline thin film transistors for flexible displays and / Can be applied. Additionally, the systems and methods disclosed herein are not limited to use with polyimide substrates, or even with polymers with additives and fillers, but with thin flexible glass and possibly with insulated metal foils It is also applicable to other temperature sensitive substrates having the same low thermal conductivity. While these substrates may have higher temperature constraints than polyimide, they may exhibit a combination of structural integrity and sensitivity to temperature, which may also benefit from the disclosed systems and methods.

특징들의 조합A combination of features

전술한 특징들뿐만 아니라 이하에서 청구된 것들은 그 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 이하의 예들은 일부 가능한 조합들을 예시한다:The features described above as well as those claimed below may be combined in various ways without departing from the scope thereof. The following examples illustrate some possible combinations:

(A1) 반대편의 전방 및 후방 외측 표면들을 갖는 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법은 하기의 단계들을 포함할 수 있다: (a) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면의 온도가 가요성 폴리이미드 기판의 후방 외측 표면의 온도보다 높도록, 가요성 폴리이미드 기판을 가열하는 단계; 및 (b) 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하는 단계.(A1) a method for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate having opposing front and rear outer surfaces may comprise the steps of: (a) providing a flexible polyimide substrate having a front outer surface Heating the flexible polyimide substrate such that the temperature of the flexible polyimide substrate is higher than the temperature of the rear outer surface of the flexible polyimide substrate; And (b) depositing one or more thin film layers on the front outer surface of the flexible polyimide substrate.

(A2) (A1)로서 기재된 방법에서, 가열하는 단계는 하나 이상의 복사열 발생 요소들을 사용하여 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면을 복사 가열하는 단계를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 복사열 발생 요소들 각각은 적어도 부분적으로 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면을 바라보는 시선 내에 있다.(A2) In the method described as (A1), the step of heating may comprise radiatively heating the front outer surface of the flexible polyimide substrate using one or more radiant heat generating elements, wherein each of the one or more radiant heat generating elements Is at least partially within the line of sight of the front outer surface of the flexible polyimide substrate.

(A3) (A2)로서 기재된 방법에서, 하나 이상의 복사열 발생 요소들은 전기 복사 히터들을 포함할 수 있다.(A3) In the method described as (A2), the one or more radiant heat generating elements may comprise electroluminescent heaters.

(A4) (A1) 내지 (A3)으로서 기재된 방법들 중 임의의 방법은 가열하는 단계와 증착하는 단계 동안에 가요성 폴리이미드 기판 주위에 진공을 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.(A4) Any of the methods described as (A1) to (A3) may further comprise maintaining a vacuum around the flexible polyimide substrate during the heating and deposition steps.

(A5) (A1) 내지 (A4)로서 기재된 방법들 중 임의의 방법에서, 증착하는 단계는 가요성 폴리이미드 기판의 전방 외측 표면 상에 구리-인듐-다이셀레나이드 및 구리-인듐-다이셀레나이드의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.(A5) In any of the methods described as (A1) to (A4), the depositing comprises depositing copper-indium-di-selenide and copper-indium-di-selenide on the front outer surface of the flexible polyimide substrate ≪ / RTI > of a material selected from the group consisting < RTI ID = 0.0 > of: < / RTI >

(A6) (A1) 내지 (A5)로서 기재된 방법들 중 임의의 방법에서, 증착하는 단계는 셀레늄의 존재 하에 적어도 구리 및/또는 인듐을 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.(A6) In any of the methods described as (A1) to (A5), the depositing step may comprise reacting at least copper and / or indium in the presence of selenium.

(A7) (A1) 내지 (A6)으로서 기재된 방법들 중 임의의 방법은 가요성 폴리이미드 기판의 후방 외측 표면 상에 산화물 층을 증착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.(A7) Any of the methods described as (A1) to (A6) may further comprise depositing an oxide layer on the back outer surface of the flexible polyimide substrate.

(B1) 가로 × 세로의 제1 외측 표면을 갖는 기판 상에 재료를 증착하기 위한 증착 구역은 하기를 포함할 수 있다: (a) 기판의 제1 외측 표면 상에 하나 이상의 금속 재료들을 증착하도록 구성된 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들; 및 (b) 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들. 각각의 복사 구역 경계 히터는 적외 방사선을 방출하도록 구성되는 외측 가열 표면을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 외측 가열 표면은 90도 미만의 각도만큼 기판의 제1 외측 표면으로부터 각도를 이루어 변위될 수 있다. 각각의 외측 가열 표면은 기판의 제1 외측 표면의 적어도 일부를 바라보는 시선 내에 있을 수 있다.(B1) A deposition zone for depositing a material on a substrate having a first lateral surface of length x length may comprise: (a) a first outer surface of the substrate, the first outer surface of which is configured to deposit one or more metal materials One or more physical vapor deposition sources; And (b) one or more radiation zone boundary heaters. Each radiation zone boundary heater may include an outer heating surface configured to emit infrared radiation and at least one outer heating surface may be angularly displaced from the first outer surface of the substrate by an angle of less than 90 degrees . Each outer heating surface may be in the line of sight looking at at least a portion of the first outer surface of the substrate.

(B2) (B1)로서 기재된 증착 구역에서, 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들 중 적어도 하나는 길이 및 폭 방향들로 배치된 외측 가열 표면을 포함할 수 있다.(B2) In the deposition zone described as (B1), at least one of the one or more radiation zone boundary heaters may comprise an outer heating surface arranged in length and width directions.

(B3) (B1) 또는 (B2)로서 기재된 증착 구역들 중 어느 하나의 증착 구역에서, 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 전기 복사 히터를 포함할 수 있다.(B3) In any one of the deposition zones described as (B1) or (B2), the one or more radiation zone boundary heaters may comprise an electric radiant heater.

(B4) (B1) 내지 (B3)으로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역은 증착 구역 내에서 진공을 유지하도록 구성된 진공 펌프 및 인클로저를 추가로 포함할 수 있다.(B4) Any of the deposition zones described as (B1) to (B3) may further comprise a vacuum pump and enclosure configured to maintain a vacuum within the deposition zone.

(B5) (B1) 내지 (B4)로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역에서, 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들은 기판의 제1 외측 표면 상에 구리, 갈륨 및 인듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 증착하도록 구성될 수 있다.(B5) In any of the deposition zones described above as (B1) to (B4), the at least one physical vapor deposition sources comprise at least one layer selected from the group consisting of copper, gallium and indium on the first outer surface of the substrate May be configured to deposit material.

(B6) (B1) 내지 (B5)로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역은 셀레늄 증기를 증착 구역에 제공하도록 구성된 셀레늄 매니폴드를 추가로 포함할 수 있다.(B6) Any of the deposition zones described as (B1) to (B5) may further comprise a selenium manifold configured to provide selenium vapor to the deposition zone.

(B7) (B1) 내지 (B6)으로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역에서, 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들은 기판의 제1 외측 표면 상에 적어도 구리, 갈륨, 및 인듐을 증착하도록 구성될 수 있다.(B7) In any of the deposition zones described in (B1) to (B6), one or more physical vapor deposition sources may be configured to deposit at least copper, gallium, and indium on the first outer surface of the substrate have.

(B8) (B1) 내지 (B7)로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역에서, 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 서로 분리된 복수의 복사 히터들을 포함할 수 있다.(B8) In any of the deposition zones described as (B1) to (B7), the one or more radiation zone boundary heaters may comprise a plurality of radiant heaters separated from each other.

(B9) (B8)로서 기재된 증착 구역에서, 서로 분리된 복수의 복사 히터들은 제1 및 제2 복사 히터들을 포함할 수 있고, 증착 구역은 제1 복사 히터와 제2 복사 히터 사이에 배치되는 차폐체를 추가로 포함할 수 있으며, 차폐체는 증착 구역 내에서 하나 이상의 증착 원소들을 수용하도록 구성된다.(B9) In the deposition zone described as (B8), the plurality of radiant heaters separated from each other may include first and second radiant heaters, and the deposition zone may be a shielding zone between the first radiant heater and the second radiant heater And the shield is configured to receive one or more deposition elements within the deposition zone.

(B10) (B1) 내지 (B7)로서 기재된 증착 구역들 중 임의의 증착 구역에서, 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 단일 복사 히터일 수 있다.(B10) In any of the deposition zones described as (B1) to (B7), the one or more radiant zone boundary heaters may be a single radiant heater.

그 범주로부터 벗어남이 없이 상기 방법 및 시스템에서 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 설명에 포함되고 첨부 도면에 도시된 사항이 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 한다는 것에 주목하여야 한다. 하기의 청구범위는 본 명세서에 설명된 포괄적인 그리고 구체적인 특징들뿐만 아니라 언어 상으로 이들에 속하는 것으로 말해질 수 있는 본 방법 및 시스템의 범주에 대한 모든 언급들을 포함하고자 한다.Changes may be made in the method and system without departing from the scope. It is therefore to be understood that the description contained in the above description and shown in the accompanying drawings is to be interpreted as illustrative rather than in a limiting sense. The following claims are intended to cover all references to the scope of the methods and systems which may be referred to by their language as well as the generic and specific features set forth herein.

Claims (17)

반대편의 전방 및 후방 외측 표면들을 갖는 가요성 폴리이미드 기판 상에 하나 이상의 박막 층들을 증착하기 위한 방법으로서,
상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 전방 외측 표면의 온도가 상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 후방 외측 표면의 온도보다 높도록, 상기 가요성 폴리이미드 기판을 가열하는 단계; 및
상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 전방 외측 표면 상에 상기 하나 이상의 박막 층들을 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
1. A method for depositing one or more thin film layers on a flexible polyimide substrate having opposing front and rear outer surfaces,
Heating the flexible polyimide substrate such that the temperature of the front outer surface of the flexible polyimide substrate is higher than the temperature of the rear outer surface of the flexible polyimide substrate; And
And depositing the one or more thin film layers on the front outer surface of the flexible polyimide substrate.
제1항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 하나 이상의 복사열 발생 요소들을 사용하여 상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 전방 외측 표면을 복사 가열하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 복사열 발생 요소들 각각은 적어도 부분적으로 상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 전방 외측 표면을 바라보는 시선(line of sight) 내에 있는, 방법.2. The method of claim 1, wherein the heating comprises radiatively heating the front outer surface of the flexible polyimide substrate using one or more radiant heat generating elements, wherein each of the one or more radiant heat generating elements is at least partially Wherein the flexible polyimide substrate is within a line of sight of the front outer surface of the flexible polyimide substrate. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 복사열 발생 요소들은 전기 복사 히터들을 포함하는, 방법.3. The method of claim 2, wherein the one or more radiant heat generating elements comprise electrically radiant heaters. 제3항에 있어서, 상기 가열하는 단계와 상기 증착하는 단계 동안에 상기 가요성 폴리이미드 기판 주위에 진공을 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.4. The method of claim 3, further comprising maintaining a vacuum around the flexible polyimide substrate during the heating and depositing steps. 제4항에 있어서, 상기 증착하는 단계는 상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 전방 외측 표면 상에 구리-인듐-다이셀레나이드 및 구리-인듐-다이셀레나이드의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 증착하는 단계를 포함하는, 방법.5. The method of claim 4, wherein the depositing comprises depositing a material selected from the group consisting of copper-indium-di-selenide and copper-indium-di-selenide alloys on the front outer surface of the flexible polyimide substrate ≪ / RTI > 제5항에 있어서, 상기 증착하는 단계는 셀레늄의 존재 하에 적어도 구리 및 인듐을 반응시키는 단계를 포함하는, 방법.6. The method of claim 5, wherein said depositing comprises reacting at least copper and indium in the presence of selenium. 제6항에 있어서, 상기 가요성 폴리이미드 기판의 상기 후방 외측 표면 상에 산화물 층을 증착하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.7. The method of claim 6, further comprising depositing an oxide layer on the back outer surface of the flexible polyimide substrate. 가로(width) × 세로(depth)의 제1 외측 표면을 갖는 기판 상에 재료를 증착하기 위한 증착 구역으로서,
상기 기판의 상기 제1 외측 표면 상에 하나 이상의 금속 재료들을 증착하도록 구성된 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원(physical vapor deposition source)들; 및
하나 이상의 복사 구역 경계 히터(radiant zone boundary heater)들을 포함하며, 각각의 복사 구역 경계 히터는 적외 방사선을 방출하도록 구성되는 외측 가열 표면을 포함하고, 적어도 하나의 외측 가열 표면은 90도 미만의 각도만큼 상기 기판의 상기 제1 외측 표면으로부터 각도를 이루어 변위되며, 각각의 외측 가열 표면은 상기 기판의 상기 제1 외측 표면의 적어도 일부를 바라보는 시선 내에 있는, 증착 구역.
A deposition zone for depositing material on a substrate having a first outer surface of width x depth,
One or more physical vapor deposition sources configured to deposit one or more metal materials on the first outer surface of the substrate; And
Wherein each radiant zone boundary heater includes an outer heating surface configured to emit infrared radiation and wherein at least one outer heating surface has an angle of less than 90 degrees Wherein each of the outer heating surfaces is within a line of sight looking at at least a portion of the first outer surface of the substrate.
제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들 중 적어도 하나는 길이 및 폭 방향들로 배치된 외측 가열 표면을 포함하는, 증착 구역.9. The deposition zone of claim 8, wherein at least one of the one or more radiation zone boundary heaters comprises an outer heating surface disposed in length and width directions. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 전기 복사 히터를 포함하는, 증착 구역.9. The deposition zone of claim 8, wherein the at least one radiation zone boundary heaters comprise an electric radiant heater. 제8항에 있어서, 상기 증착 구역 내에서 진공을 유지하도록 구성된 진공 펌프 및 인클로저(enclosure)를 추가로 포함하는, 증착 구역.The deposition zone of claim 8, further comprising a vacuum pump and an enclosure configured to maintain a vacuum within the deposition zone. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들은 상기 기판의 상기 제1 외측 표면 상에 구리, 갈륨 및 인듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 증착하도록 구성되는, 증착 구역.9. The deposition zone of claim 8, wherein the at least one physical vapor deposition sources are configured to deposit at least one material selected from the group consisting of copper, gallium, and indium on the first outer surface of the substrate. 제12항에 있어서, 셀레늄 증기를 상기 증착 구역에 제공하도록 구성된 셀레늄 매니폴드를 추가로 포함하는, 증착 구역.13. The deposition zone of claim 12, further comprising a selenium manifold configured to provide selenium vapor to the deposition zone. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 물리적 증기 증착 공급원들은 상기 기판의 상기 제1 외측 표면 상에 적어도 구리, 갈륨, 및 인듐을 증착하도록 구성되는, 증착 구역.14. The deposition zone of claim 13, wherein the at least one physical vapor deposition sources are configured to deposit at least copper, gallium, and indium on the first outer surface of the substrate. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 서로 분리된 복수의 복사 히터들을 포함하는, 증착 구역.9. The deposition zone of claim 8, wherein the at least one radiation zone boundary heaters comprise a plurality of radiation heaters separated from each other. 제15항에 있어서, 서로 분리된 상기 복수의 복사 히터들은 제1 및 제2 복사 히터들을 포함하고, 상기 증착 구역은 상기 제1 복사 히터와 상기 제2 복사 히터 사이에 배치되는 차폐체를 추가로 포함하며, 상기 차폐체는 상기 증착 구역 내에서 하나 이상의 증착 원소들을 수용하도록 구성되는, 증착 구역.16. The apparatus of claim 15, wherein the plurality of radiant heaters separated from each other include first and second radiant heaters, wherein the deposition zone further comprises a shield disposed between the first radiant heater and the second radiant heater And wherein the shield is configured to receive one or more deposition elements within the deposition zone. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 복사 구역 경계 히터들은 단일 복사 히터인, 증착 구역.9. The deposition zone of claim 8, wherein the at least one radiation zone boundary heaters are single radiation heaters.
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